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1、 发电厂电气一次系统设计摘 要由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通 过发电动力装置转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。电能的使用已经渗透到社会、经济、生活的各个领域，而在我国电源结构中火电设备容量占总装机容量的75%。本文是对配有六台50MW汽轮发电机的大型火电厂一次部分的初步设计，主
2、要完成了电气主接线的设计。包括电气主接线的形式的比较、选择；主变压器、启动/备用变压器和高压厂用变压器容量计算、台数和型号的选择；短路电流计算和高压电气设备的选择与校验; 并作了防雷与接地。关键词： 变压器；发电厂；电力系统；一次设计；电气设备I目 录摘 要I1前 言12 电气主接线设计22.1 主接线的设计原则22.2 主接线设计的基本要求22.2.1 主接线可靠性的要求22.2.2主接线灵活性的要求22.2.3 主接线经济性的要求32.3 电气主接线的选择和比较32.3.1 主接线方案的拟定32.3.2 主接线各方案的讨论比较62.3.3 主接线方案的初步选择63 主变压器的选择73.1
3、变压器的确定原则73.2 方案一变压器的选择73.3 方案四变压器的选择84 短路电流计算书104.1 短路电流计算的目的105 方案1主要电气设备的选择205.1 各回路最大持续工作电流一览表216 方案4主要电气设备的选择356.2断路器的选择及校验367 主接线方案的经济比较517.1 方案1与方案4的综合投资518 其他电气设备的选择558.1 电流互感器的选择及校验558.4 避雷器的选择及校验668.4.1 110KV侧避雷器的选择和校验678.4.2 35KV侧避雷器的选择和校验678.4.3 10KV侧避雷器的选择和校验689 配电装置的设计7010 防雷保护设计7210.1
4、避雷针的作用7210.2 避雷针的配置7210.3防雷保护方案7211 接地网的设计7511.1 设计说明7511.2 接地体的设计7511.3 典型接地体的接地电阻计算7511.4 接地网设计计算75结论78参考文献79致谢801前 言由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通 过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及电厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。由于电源点与负荷 中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与
5、负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和输运过程进行测量、调节、 控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换为其它的能源，而且便于控制、管理和调度,易于实现自动化。因此，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。到2003年底，我国发电机装机容量达38450万千瓦，发电量达19080亿度，居世界第2位。工业用电量已
6、占全部用电量的5070%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一。2 电气主接线设计2.1 主接线的设计原则发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。它表明了发电机、变压器、线路和断路器等的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定
7、、灵活和经济运行。主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。对于6220KV电压配电装置的接线，一般分两类：一为母线类，包括单母线、单母线分段、双母线、双母线分段和增设旁路母线的接线；其二为无母线类，包括单元接线、桥形接线和多角形接线等。2.2 主接线设计的基本要求发电厂的电气主接线应根据该发电厂所在电力系统中的地位，发电厂的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。2.2.1 主接线可靠性的要求可靠性的工作是以保证对用户不间
8、断的供电。衡量可靠性的客观标准是运行实践。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。评价主接线可靠性的标志是：（1）断路器检修时是否影响停电；（2）线路、断路器、母线故障和检修时，停运线路的回数和停运时间的长短，以及能否对重要用户的供电；（3）变电站全部停电的可能性。2.2.2主接线灵活性的要求主接线的灵活性有以下几个方面的要求：（1）调度要求。可以灵活的投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。（2）检修
9、要求。可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。（3）扩建要求。可以容易的从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次和二次设备改造量最少。2.2.3 主接线经济性的要求在满足技术要求的前提下，做到经济合理。（1）投资省：主接线简单，以节约断路器、隔离开关等设备的投资；占地面积小：电气主接线设计要为配电装置布置创造条件，以节约用地、架构、导线、绝缘子及安装费用。（2）电能损耗少：经济选择主变压器型式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失。2.3 电气主接线的选择和比较2.3.1 主接线方案的拟定110kV侧是4回出线，35kV侧有6回出线，10kV侧有8回
10、出线。方案1：图2-1方案一主接线方案2：图2-2方案二主接线方案3：图2-3方案三主接线方案4：图2-4方案四主接线方案5：图2-5方案五主接线2.3.2 主接线各方案的讨论比较 方案2：此方案中只有一台三绕组变压器，如果遇到检修等情况难以保证供电的可靠性，不宜采用。方案3：此方案中35kV侧发电机所接双绕组变压器难以选出符合要求的变压器，不宜采用。方案5：10kV侧采用双母线接线。因为10kV安装了四台发电机，会造成短路电流过大，不宜采用。2.3.3 主接线方案的初步选择通过分析原始资料,可以知道该发电厂在系统中的地位较重要,年运行小时数较高,因此主接线要求有较高的可靠性和调度的灵活性.根
11、据以上各个方案的初步经济与技术性综合比较,兼顾可靠性，灵活性,我选择方案1与方案4，待选择完电气设备后再进行更详尽的技术经济比较来确定最终方案。3 主变压器的选择3.1 变压器的确定原则 电力变压器（文字符号为T或TM），根据国际电工委员会的界定，凡是三相变压器的额定容量在5kVA及以上，单相的在1kVA及以上的输变电用变压器，均成为电力变压器。电力变压器是发电厂和变电所中重要的一次设备之一，随着电力系统电压等级的提高和规模的扩大，电压升压和降压的层次增多，系统中变压器的总容量已达发电机容量的7-10倍。可见，电力变压器的运行是电力生产中非常重要的环节。主变压器 在电气设备投资中所占比例较大，
12、同时与之相适应的配电装置，特别是大容量、高电压的配电装置的投资也很大。因此，主变压器的选择对发电厂、变电所的技术性影响很大。例如，大型发电厂高、中压联络变压器台数不足（一台）或者容量不足将导致电站、电网的运行可靠性下降，来年络变压器经常过载或被迫限制两级电网的功率交换。反之。台数过多、容量过大将增加投资并使配电装置复杂化。发电厂200MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足DL50002000火力发电厂设计技术规程的规定：“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过650C的条件进行选择”。连接在发电机电压母线与系统间的主
13、变压器容量，应按下列条件计算：（1）当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统，但不考虑稀有的最小负荷情况。（2）当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，能由系统供给发电机电压的最大负荷。在电厂分期建设过程中，在事故断开最大一台发电机组的情况下，通过变压器向系统取得电能时，可以考虑变压器的允许过负荷能力和限制非重要负荷。（3）根据系统经济运行的要求，而限制本厂的输出功率时能供给发电机电压的最大负荷。（4）按上述条件计算时，应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展。特别注意发电厂初期运行时当发电机电压母线负荷不大时，能将发电机电压母线上的剩余容量送入系统。（5）
14、发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对装设两台变压器的发电厂，当其中一台主变退出运行时，另一台变压器应承担70%的容量。5 方案1主要电气设备的选择断路器的选择及校验断路器选择原则与技术条件在各种电压等级的变电站的设计中，断路器是最为重要的电气设备。高压断路器的工作最为频繁，地位最为关键，结构最为复杂。在电力系统运行中，对断路器的要求是比较高的，不但要求其在正常工作条件下有足够的接通和开断负荷电流的能力，而且要求其在短路条件下，对短路电流有足够的遮断能力。高压断路器的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或电路发生故障时，能快速
15、切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。高压断路器是开关电器中最为完善的一种设备。其最大特点是能断开电路中负荷电流和短路电流。按照断路器采用的灭弧介质和灭弧方式，一般可分为：多油断路器、少油断路器、压缩空气断路器、真空断路器、SF6断路器等。断路器型式的选择，除应满足各项技术条件和环境外，还应考虑便于施工调试和维护，并以技术经济比较后确认。目前国产的高压断路器在110KV主要是少油断路器。断路器选择的具体技术条件如下：1）电压：Ug UN Ug-电网工作电压2）电流：Ig.max IN Ig.max-最大持续工作电流3）断开电流：Idt INbrIdt- 断路器实际断开时间t秒的短路电流周期分量INbr-断路器额定断开电流4）动稳定： ich imaximax-断路器极限通过电流峰值ich- 三相短路电流冲击值5）热稳定：ItdzIttI- 稳态三相短路电流tdz - 短路电流发热等值时间It- 断路器t秒热稳定电流其中tdz=tz
